[发明专利]一种煤层底板穿层钻孔动态自适应封孔装置及方法

说明书

一种煤层底板穿层钻孔动态自适应封孔装置及方法，包括并排设置的抽采管和注浆注液封孔器，所述注浆注液封孔器包括注浆管、注液管以及顺次固定连接在注浆管上的第一囊袋、第二囊袋和第三囊袋，注浆管的前端开口后端设置有堵头，所述注液管与注浆管并排设置，注液管的前后端均开口，注液管从第一囊袋和注浆管之间穿过，且注液管的后端开口设置于第一囊袋和第二囊袋之间；所述可伸缩抽采管与注浆管被第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋所包裹。本发明适应抽采钻孔的拉伸、错断等动态变形，保证封孔材料和抽采管的完好密封性，并及时封堵松动圈内形成的动态裂隙，隔断漏气通道，确保底板穿层钻孔的高效抽采。

技术领域

本发明涉及煤矿机械领域，尤其是涉及一种煤层底板穿层钻孔动态自适应封孔装置及方法。

背景技术

煤层瓦斯既是影响煤矿安全高效生产的主要因素，也是一种宝贵的能源资源。瓦斯抽采是消除煤矿重大瓦斯事故的根本性措施，也是获取清洁能源、增加能源供给、减少环境污染的重要举措。随着矿井向深部开采，瓦斯压力、瓦斯含量增大，瓦斯灾害日益严重，瓦斯抽采成为保证高瓦斯矿井、突出矿井安全生产的重要技术手段，得到了广泛应用。

由于地质条件的限制以及煤层透气性低、煤层松软的影响，传统的顺层钻孔容易出现打钻深度浅、控制不均匀等问题，不能从根本上保证瓦斯治理效果。利用煤层底板岩巷向煤层施工穿层钻孔，对未采区域进行大面积预抽，一是保证了钻孔布置到位、控制均匀，二是借助于岩柱的保护，安全作业有了保障。底板穿层钻孔预抽煤层瓦斯成为突出矿井防治煤与瓦斯突出事故、保证安全作业的主要技术措施。

为了高效抽采瓦斯，必须对抽采钻孔进行密封。目前煤层瓦斯抽采钻孔封孔方法主要有聚氨酯发泡材料封孔、水泥浆封孔、专用封孔器封孔及其组合封孔。这些封孔方法的本质都属于一次性封堵技术，未考虑钻孔的动态变形特征，致使封孔效果不理想，瓦斯抽采效果差。

根据矿山压力知识以及井下观测，在岩石巷道周围存在一个松动圈，该范围一般为巷道半径的3~5倍。在松动圈内，岩石发生离层、错动、膨胀等现象，如果抽采钻孔的封孔材料和抽采管不适应这种动态变化，无伸缩性的抽采管、固体封孔段的完整性极易受到破坏，引起抽采钻孔漏气；抽采钻孔将承受拉伸应力、剪切应力的作用，造成封孔材料和抽采管的拉断、错断，形成漏气通道，降低瓦斯抽采效果。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种煤层底板穿层钻孔动态自适应封孔装置及方法，通过固液两相封孔技术和可伸缩抽采管的配合使用，适应抽采钻孔的拉伸、错断等动态变形，保证封孔材料和抽采管的完好密封性，并及时封堵松动圈内形成的动态裂隙，隔断漏气通道，确保底板穿层钻孔的高效抽采。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种煤层底板穿层钻孔动态自适应封孔装置，包括并排设置的抽采管和注浆注液封孔器，所述注浆注液封孔器包括注浆管、注液管以及顺次固定连接在注浆管上的第一囊袋、第二囊袋和第三囊袋，注浆管的前端开口后端设置有堵头，所述注浆管上设置有控制向第一囊袋、第二囊袋和第三囊袋注浆的第一单向注浆组件、第二单向注浆组件和第三单向注浆组件，所述第二囊袋和第三囊袋之间的注浆管上设置有爆破阀；所述注液管与注浆管并排设置，注液管的前后端均开口，注液管从第一囊袋和注浆管之间穿过，且注液管的后端开口设置于第一囊袋和第二囊袋之间；所述可伸缩抽采管与注浆管被第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋所包裹。

作为优选，所述抽采管为可伸缩抽采管，可伸缩抽采管包括第一抽采管、第二抽采管和密封管，所述第一抽采管的后端和第二抽采管的前端通过密封管相连接，且密封管套设在第一抽采管和第二抽采管连接处的外部，第一抽采管和第二抽采管直径相同，密封管的直径大于第一抽采管和第二抽采管的直径，第二抽采管与密封管密封固定连接，第一抽采管与密封管密封滑动连接。